專利名稱：一種基于聚噻吩及其衍生物和離子液體電解質的電致變色器件的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電致變色器件技術領域，具體涉及了一種基于聚噻吩及其衍生物和離子液體電解質的電致變色器件。
背景技術：
電致變色現象是指材料的光學屬性(反射率、透過率、吸收率等)在外加電場的作用下發生穩定、可逆的化學變化的現象，在外觀上表現為顏色或透明度的可逆變化。具有電致變色性能的材料稱為電致變色材料，利用這種材料制備成的具有可控變色功能的器件被稱為智能或電致變色器件(electrochromic device, EO))。電致變色窗在電場作用下可選擇性地吸收或反射外界熱輻射和阻止內部熱擴散，因此可以減少辦公樓和民宅四季控溫所耗費的大量能源。于此同時，電致變色窗可以改善自然光照度，防窺，防眩光等作用，減少室內外遮光設施。隨著該項技術的發展，電致變色窗、顯示器、防眩后視鏡等商品化應用逐漸被市場所矚目，在能源危機日漸加深的今天，這項研究意義非常重大。然而，目前在電致變色窗領域中，存在器件對封裝要求嚴格組裝成本高；器件循環壽命不夠長，電化學性能不夠穩定；破碎時器件內部電解液易燃且污染環境；在高溫下工作壽命明顯受到影響等緊迫的技術難題。與傳統溶劑相比，離子液體有蒸氣壓低、不易揮發、電導率高、較大的電位窗、穩定的化學性能和熱性能、可循環利用、環保等獨特性能，是開發性能優良的電致變色器件的理想電解質。
實用新型內容為了解決上述問題，本實用新型的目的是提供一種基于聚噻吩及其衍生物和離子液體電解質的電致變色器件。為了實現本實用新型的目的，提供以下解決方案:一種基于聚噻吩及其衍生物和離子液體電解質的電致變色器件，包括:第一電極，由透明導電ITO玻璃基板上和沉積在其上的聚噻吩及其衍生物PProDOT-Me2 組成；和與該第一電極相對的第二電極，由透明導電ITO(氧化銦錫導電玻璃)玻璃基板上和沉積在其上的無機金屬氧化物V2O5組成； 設置在所述第一電極和第二電極之間的電解質層。優選的，所述電解質層為離子液體。更優選的，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMM] [PF6]),或1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([BMM])。本實用新型還提供了上述電致變色器件在變色窗、顯示器、防眩后視鏡或遮光板等裝置制作中的應用。本實用新型的有益效果如下:本實用新型中使用的電解質1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([EMM] [PF6]),及1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([EMM])是離子液體。相對于常見的鋰鹽和碳酸酯類電解質對空氣中的水分、氧氣敏感的特點而言，離子液體的環境穩定性要高出很多。在本實用新型中組裝離子液體作為電解質的器件都沒有使用手套箱組裝，只需在普通的室內環境下組裝即可達到理想的穩定性和其他電化學性能。而且離子液體價格適中，用量節省，可以大大降低制作電致變色窗的成本。本實用新型利用新的匹配方法，將電致變色材料PProDOT-Me2、五氧化二釩(V2O5)和離子液體電解質有機結合，解決了電致變色器件組裝過程需要隔絕水氧的環境，大大降低了器件制造的難度和成本。組裝成匹配性優越的電致變色器件，具有透過率差值高，工作壽命長，高溫下工作性能穩定，制備技術可以商業推廣等優點，適用于汽車，航空航天，及極端氣候地區的建筑物上的應用。
圖1為本實用新型的電致變色器件的結構示意圖；圖2與圖3為本實用新型電致變色器件工作原理圖；圖4為本實用新型電致變色器件實物圖；圖5為本實用新型工作電極在1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的光學性能；圖6為本實用新型工作電極在1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽中的光學性能；圖7為典型電致變色器件W03/V205在電解質LiC104+PC中循環前的光學性能；圖8為典型電致變色器件W03/V205在電解質LiC104+PC中循環I千次前后的光學性能；圖9為典型電致變色器件W03/V205器件在電解質LiC104+PC中循環I千次前的放電能力；圖10為典型電致變色器件W03/V205器件在電解質LiC104+PC中循環I千次后的放電能力；圖11為以1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽為電解質的本實用新型電致變色器件多次循環過程中的光學性能；圖12為以1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽為電解質的本實用新型電致變色器件多次循環過程中的光學性能；圖13以LiC104+PC作為電解質的器件PProD0T_Me2/V205在25° C環境中的多電位階躍曲線；圖14以LiC104+PC作為電解質的器件PProD0T_Me2/V205在65° C環境中的多電位階躍曲線；圖15以LiC104+PC作為電解質的器件PProD0T_Me2/V205在25° C和65° C環境中的循環伏安曲線；圖16以[BMM] [PF6]作為電解質的器件在25。C環境中的多電位階躍曲線；圖17以[BMM] [PF6]作為電解質的器件在65° C環境中的多電位階躍曲線；[0034]圖18以[BMM] [PF6]作為電解質的器件在25° C和65° C環境中的循環伏安曲線.[0035]圖19以[BMM]作為電解質的器件在25° C環境中的多電位階躍曲線；圖20以[BMM]作為電解質的器件在65° C環境中的多電位階躍曲線；圖21以[BMM]作為電解質的器件在25。C和65° C環境中的循環伏安曲線。
具體實施方式
以下通過實施例進一步詳細說明本實用新型。離子液體1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMM] [PF6])，1-乙基_3_甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([BMM])(上海成捷離子液體有限公司)；乙腈ACN，碳酸丙烯脂(PC)，乙腈和碳酸丙烯脂在使用前進行純化；高氯酸鋰(LiClO4X純度99%，無水)，聚噻吩及其衍生物PProDOT-Me2 (以上藥品購至 Ward Hill, MA, USA)；電化學工作站660D型(上海晨華有限公司)。實施例1電致變色器件的制備第一電極的制備過程包括:按文獻報道(C.Kaneko, C.Xu, L.Liu, N.Dai, andM.Taya, Proc.0f SPIE, vol.5759，pp.518，2005)的方法，將PProD0T_Me2單體的乙腈溶液通過電鍍的方式，使聚合物導電薄膜沉積到浸在溶液中的ITO玻璃上。成膜后的工作電極要在電化學工作站中進行著色、褪色測試。第二電極的制備過程包括:按文獻報道(C.Kaneko, C.Xu, L.Liu, N.Dai, andM.Taya, Proc.0f SPIE, vol.5759，pp.518，2005)的方法，將 V2O5 溶膠通過電鍍的方式，使導電薄膜沉積到浸在其中的ITO玻璃上。成膜后的對電極要進行熱處理，溫度優選范圍為80-150° C，時間優選范圍在10-20h。同樣對電極要在電化學工作站中進行著色、褪色測試。電致變色器件的封裝:將工作電極和對電極的四周用應力膠粘合，兩片電極夾緊后，在普通的實驗室條件下向電極間充滿離子液體，最后用UV膠封上器件的縫隙，確保內部的真空度。本實用新型制備以離子液體作為電解質的典型電致變色器件PProDOT-Me2/V2O5電致變色器件的結構，如圖1所示。使用時，將兩邊透明導電基板接上1.5V電池。其工作原理如下:電源通過電線與兩邊電極材料相連，當斷開開關A，閉合開關B時，離子儲存在對電極中，電致變色層處于褪色狀態，器件呈透明無色(如圖2所示)；當斷開開關B，閉合開關A，即對器件施加反向電壓驅動離子從離子存儲層穿過離子導電層即電解質，進入電致變色層，使器件顏色變深(如圖3所示)。再次斷開電源時，離子離開電致變色層，器件重新回到透明狀態。這樣，器件就實現了著色、褪色狀態的控制和轉換(如圖4所示)。實施例2本實用新型電致變色器件與其他電致變色器件的性能比較對比例一:在電化學工作站660D中使用2.0V直流電源的條件下，以LiC104+PC作為電解質的典型電致變色器件wo3/v2o5，在循環I千次后，其光學性能就發生了明顯變化。圖7所示實線和虛線分別為該器件在循環前褪色和著色狀態下的透過率，在540nm處達到透過率差值最大值35%。圖8所示實線和虛線分別為該器件在循環I千次后褪色和著色狀態下的透過率，在540nm處達到透過率差值最大值30%。通過對比可以看出，這種典型的電致變色器件的變色性能很有限，特別是在循環I千次后，光學性能明顯下降。另外，結合圖9和圖10所示的該器件循環前后的充放電能力，可以對比得出循環I千次后，其充放電的能力明顯下降。對比例二:在電化學工作站660D中使用1.5V直流電源的條件下，以LiC104+PC作為電解質的典型電致變色器件PProD0T-Me2/V205，在20-65° C范圍內升高溫度(間隔5° C調整一次溫度，每次溫度穩定后測量數據)，采用多電位階躍法和循環伏安法對器件測試。從25° C (如圖13所示)和65° C (如圖14所示)時的多電位階躍曲線對照可以看出，器件的電化學性能顯著的發生變化；兩個溫度下的器件循環伏安曲線(如圖15所示)也能看出(掃描速度:100mV/s)，電化學性能變化較大。典型的以LiC104+PC作為電解質的典型電致變色器件W03/V205，在循環I千次后，其光學性能和電化學性能就發生 了明顯的下降，繼續循環甚至會影響器件的正常使用。此夕卜，已有的以LiC104+PC作為電解質的典型電致變色器件PProD0T_Me2/V205，在20-65° C范圍內升高溫度，其循環性能會遭到不可逆轉的破壞，不能繼續正常工作。本實用新型在使用1.5V直流電源的條件下，以1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMM] [PF6])作為電解質的工作電極，處于褪色狀態時透過率(TtU))在300 IOOOnm范圍內保持在40%以上，600nm處取得最大值81% (圖5中實線)，而著色狀態時透過率(TdU))在580nm處取得最小值4% (圖5中虛線)，即此時工作電極透過率差值(Δ 0ZoT=Tt ( λ ) -Td( λ ))在580nm處達到最大，為75% ;對制作的器件進行檢測，透過率差值(Δ %T)在580nm處達到最大值57% (圖11中曲線)。由此可見該器件有很好的光學性質。以1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([BMM])作為電解質的工作電極，處于褪色狀態時透過率(T%)在300 IOOOnm范圍內保持在40%以上，400nm左右取得最大值87% (圖5實線)，而著色狀態時透過率(T%)在580nm處取得最小值3% (圖5虛線)，即此時工作電極透過率差值(AWT=TtU)-TdU))在580nm處達到最大，為78%;對制作的器件進行檢測，透過率差值(Λ %Τ)在580nm處達到最大值62%(圖12曲線)。由此可見該器件同樣有很好的光學性質。實施例3電致變色器件的電解質的對比實驗實例一:在電化學工作站660D中使用1.5V直流電源的條件下，以1-乙基_3_甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM] [PF6])作為電解質的電致變色器件，循環5萬次循環伏安(掃描速度:100m/s)后，在200 IOOOnm范圍內的透過率差值Λ %1'在58011111處取得最大值54%(表
O;循環10萬次循環伏安(掃描速度:100m/s)后，在此范圍內的透過率差值厶％1'在58011111處取得最大值45% (表I)。即器件經過10萬次循環后，光學性能僅下降了 9%。實例二:在電化學工作站660D中使用1.5V直流電源的條件下，以1_乙基_3_甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([BMM] [OTF])作為電解質的電致變色器件，循環5萬次循環伏安(掃描速度:100m/s)后，在200 IOOOnm范圍內的透過率差值Λ %Τ在580nm處取得最大值59% (表I);循環10萬次循環伏安(掃描速度:100m/s)后，在此范圍內的透過率差值Λ %Τ在580nm處取得最大值52% (表I)。即器件經過10萬次循環后，光學性能僅下降了 7%。表1:以兩種離子液體分別為電解質的器件在多次循環過程的最大透過率差值[0059]
權利要求1.一種基于聚噻吩及其衍生物和離子液體電解質的電致變色器件，其特征在于，包括: 第一電極，由透明導電ITO玻璃基板上和沉積在其上的聚噻吩及其衍生物PProDOT-Me2組成； 和與該第一電極相對的第二電極，由透明導電ITO玻璃基板上和沉積在其上的無機金屬氧化物V2O5組成； 設置在所述第一電極和第二電極之間的電解質層。
2.根據權利要求1所述的電致變色器件，其特征在于，所述電解質層為離子液體。
3.根據權利要求2所述的電致變色器件，其特征在于，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽或1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽。
專利摘要本實用新型提供了一種基于聚噻吩及其衍生物和離子液體電解質的電致變色器件，其包括第一電極，由透明導電ITO玻璃基板上和沉積在其上的聚噻吩及其衍生物PProDOT-Me2組成；和與該第一電極相對的第二電極，由透明導電ITO玻璃基板上和沉積在其上的無機金屬氧化物V2O5組成；設置在所述第一電極和第二電極之間的電解質層。本實用新型利用新的匹配方法，將電致變色材料PProDOT-Me2、五氧化二釩(V2O5)和離子液體電解質有機結合，解決了電致變色器件組裝過程需要隔絕水氧的環境，大大降低了器件制造的難度和成本。組裝成匹配性優越的電致變色器件，具有透過率差值高，工作壽命長，高溫下工作性能穩定，制備技術可以商業推廣等優點，適用于汽車，航空航天，及極端氣候地區的建筑物上的應用。
文檔編號G02F1/155GK203084395SQ20132006982
公開日2013年7月24日 申請日期2013年2月6日 優先權日2013年2月6日
發明者徐春葉, 章婧, 鄭建明 申請人:中國科學技術大學